學(xué)科交叉融合背景下的計算機(jī)通識課程教學(xué)改革與實踐

孫永香 于群 孫倩

摘??要：在當(dāng)今智能時代，學(xué)科交叉融合是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，是產(chǎn)生重大科技成果的突破點(diǎn)，這已經(jīng)成為世界高等教育的共識。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)是一所農(nóng)林特色高校，其計算機(jī)通識課程的主要教學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力，為本科各專業(yè)學(xué)生利用計算機(jī)技術(shù)，分析、設(shè)計和解決該專業(yè)中的復(fù)雜工程問題提供有力依具。因此，計算機(jī)通識課程在跨學(xué)科融合創(chuàng)新和新農(nóng)科建設(shè)中發(fā)揮著極其重要的作用。在分析高校計算機(jī)通識教育意義和現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合辦學(xué)特色和人才培養(yǎng)目標(biāo)，在學(xué)科交叉融合背景下對計算機(jī)通識課程進(jìn)行教學(xué)改革探索。

關(guān)鍵詞：學(xué)科交叉融合??計算機(jī)通識課程??教學(xué)改革??融合創(chuàng)新

中圖分類號：?G642;TP3-4?????文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A???文章編號：1672-3791（2022）06（b）-0000-00

Teaching?Reform?and?Practice?of?Computer?General?Education?under?the?Background?of?Interdisciplinary?Integration

—Taking?Shandong?Agricultural?University?as?an?Example

SUN?Yongxiang???YU?Qun???SUN?Qian

（College?of?Information?Science?and?Engineering?of?Shandong?Agricultural?University，?Taian?Shandong?Province，271018?China）

Abstract：In?today's?intelligent?era，?interdisciplinary?integration?is?the?inevitable?trend?of?the?development?of?science?and?technology?and?the?breakthrough?point?of?producing?major?scientific?and?technological?achievements，?which?has?become?the?consensus?of?higher?education?in?the?world.?Shandong?Agricultural?University?is?a?university?with?agricultural?and?forestry?characteristics，?whose?teaching?goal?of?its?computer?general?course?is?to?cultivate?students'?computing?thinking?ability?and?provide?powerful?tools?for?undergraduate?students?to?use?computer?technology?to?analyze，?design?and?solve?complex?engineering?problems?in?their?major.?Therefore，?computer?general?courses?play?an?extremely?important?role?in?integration?innovation?and?the?construction?of?new?agricultural?sciences.?Based?on?the?analysis?of?the?significance?and?current?situation?of?computer?general?education?in?Colleges?and?universities，?combined?with?the?school?running?characteristics?and?talent?training?objectives，?the?teaching?reform?of?computer?general?education?is?explored?under?the?background?of?interdisciplinary?integration.

Key?Words：Interdisciplinary?integration;?Computer?general?courses;?Teaching?reform;?Integration?innovation

人工智能、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、量子信息和生物信息等新技術(shù)和新產(chǎn)業(yè)日新月異，給世界高等教育和科學(xué)技術(shù)發(fā)展帶來根本性甚至是顛覆性的影響，多學(xué)科交叉、滲透與融合是智能時代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，也推動了高等學(xué)校教育教學(xué)的重要變革。

國家對跨學(xué)科研究和教育非常重視。不僅“雙一流”建設(shè)對促進(jìn)學(xué)科交叉融合提出了明確要求，而且2020年8月教育部設(shè)立了交叉學(xué)科門類，成為我國第14個學(xué)科門類;2020年11月國家自然科學(xué)基金委員會成立了交叉科學(xué)部，這些為高等學(xué)校教育教學(xué)改革指明了方向。

培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力和科學(xué)素養(yǎng)的復(fù)合型人才是新時代賦予高等學(xué)校的歷史使命。創(chuàng)新人才培養(yǎng)需要有適合創(chuàng)新的環(huán)境，學(xué)科交叉融合是實現(xiàn)這種創(chuàng)新的源泉，打破學(xué)科專業(yè)間壁壘，樹立跨學(xué)科融合創(chuàng)新培養(yǎng)理念，在多學(xué)科交叉融合的環(huán)境中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，激發(fā)創(chuàng)新活力，是高校培養(yǎng)創(chuàng)新人才的有效途徑。

1?計算機(jī)通識教育的意義與現(xiàn)狀

在20世紀(jì)90年代，我國開始了計算機(jī)通識教育，旨在普及計算機(jī)應(yīng)用。隨著21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)和社會信息化程度的快速發(fā)展，計算機(jī)在很多應(yīng)用領(lǐng)域中表現(xiàn)出了“強(qiáng)大”功能，已成為各行各業(yè)解決實際問題和突破重大科技創(chuàng)新的重要工具。面向未來，肩負(fù)著國家和社會建設(shè)重任的大學(xué)生需要學(xué)會運(yùn)用計算機(jī)的技術(shù)、思想和方法去思考問題和解決社會發(fā)展、人類生存的諸多問題，需要具備計算思維、跨學(xué)科創(chuàng)新思維的意識和能力。計算機(jī)通識教育是高校培養(yǎng)學(xué)生信息素養(yǎng)和計算思維能力的必修環(huán)節(jié)[1]，是其他學(xué)科創(chuàng)新和持續(xù)發(fā)展的重要源動力，在大學(xué)本科教育里有著舉足輕重地位。

在萬物互聯(lián)的智能時代，計算機(jī)通識教育又被時代賦予更高的要求和期望。但當(dāng)前大多高校的計算機(jī)通識教育與社會需求還存在著一定差距。首先，很多高校的計算機(jī)公共課程知識體系和教學(xué)模式往往采取“一刀切”的方法，沒有結(jié)合學(xué)生專業(yè)背景、思維方式和知識結(jié)構(gòu)提供更具適應(yīng)性的課程環(huán)節(jié)，計算機(jī)技術(shù)和專業(yè)知識之間沒有形成聯(lián)動效應(yīng);其次，計算機(jī)通識教育中缺少學(xué)生課余時間開展計算思維實踐實訓(xùn)以及計算機(jī)技術(shù)與其他學(xué)科的交叉融合的平臺或環(huán)境;再次，“一紙定乾坤”的評價方式，忽視了對學(xué)生的思考辨析能力、學(xué)術(shù)研究能力及團(tuán)隊合作精神等綜合素質(zhì)及創(chuàng)新精神的評價[2]。所以，單一的課程知識體系、教學(xué)模式、實踐環(huán)節(jié)和評價方式，難以培養(yǎng)學(xué)生融合創(chuàng)新能力，迫切需要借助先進(jìn)的教育理念推進(jìn)計算機(jī)通識課程的教育教學(xué)改革。

2?學(xué)科交叉融合背景下的計算機(jī)通識課程改革思路

計算機(jī)通識課程的授課對象主要是非計算機(jī)專業(yè)的學(xué)生，如何讓計算機(jī)教學(xué)更好地助推學(xué)生專業(yè)發(fā)展和創(chuàng)新能力提升，遞進(jìn)式實現(xiàn)知識傳授、能力培養(yǎng)和素質(zhì)拓展是計算機(jī)通識課程的目標(biāo)。

在學(xué)科交叉融合背景下，以“計算思維”為抓手，以“計算機(jī)應(yīng)用”為主導(dǎo)，以“立德樹人”為宗旨，從課程知識體系、教學(xué)模式與教學(xué)方法、實踐訓(xùn)練環(huán)節(jié)和考核評價體系等方面開展計算機(jī)通識課程教學(xué)改革[3]，其改革思路具體見圖1。

3?學(xué)科交叉融合背景下的計算機(jī)通識課程教學(xué)改革措施

3.1?構(gòu)建遞進(jìn)式課程體系

根據(jù)計算機(jī)通識課程的培養(yǎng)目標(biāo)，構(gòu)建遞進(jìn)式課程體系，將課程分成3個層次：基礎(chǔ)知識類課程、能力培養(yǎng)類課程和交叉融合類課程，具體情況見圖2。

基礎(chǔ)知識類課程沒有明確的專業(yè)特征，主要包括計算機(jī)相關(guān)的公共基礎(chǔ)和課程思政知識。通過學(xué)習(xí)這些課程讓學(xué)生掌握計算機(jī)的基本概念、基本原理和基本操作，掌握常用辦公軟件的使用，掌握程序設(shè)計的基本思想，了解計算機(jī)技術(shù)和社會發(fā)展之間的密切聯(lián)系，了解信息社會公民的信息安全意識和信息道德。這類課程一般是面向大學(xué)新生開設(shè)的入門課程，比如：大學(xué)計算機(jī)、大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)或計算機(jī)文化基礎(chǔ)等課程。

能力培養(yǎng)類課程具有明確的專業(yè)指向性，與專業(yè)結(jié)合緊密，需要讓學(xué)生掌握專業(yè)領(lǐng)域中的有關(guān)技術(shù)與操作能力，讓計算機(jī)技術(shù)成為解決專業(yè)問題的有利工具。例如：計算機(jī)語言、多媒體技術(shù)、數(shù)字圖像處理、計算機(jī)輔助設(shè)計和計算機(jī)仿真等課程與專業(yè)技能結(jié)合度較高，成為能力培養(yǎng)類課程的主要組成部分。

交叉融合類課程是智能時代的產(chǎn)物，也是建設(shè)新工科、新農(nóng)科、新醫(yī)科、新文科（簡稱“四新”）的需要，更是重大科技創(chuàng)新的源泉。融合和創(chuàng)新是“四新”建設(shè)的基本特征，因而這類課程最大的特點(diǎn)是人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)+、區(qū)塊鏈等新一代信息技術(shù)與各學(xué)科的深度融合[4]。例如大數(shù)據(jù)導(dǎo)論、智慧工程導(dǎo)論、數(shù)字經(jīng)濟(jì)概論、生物信息學(xué)等課程。

課程體系的構(gòu)建需要緊緊圍繞學(xué)校人才培養(yǎng)目標(biāo)，密切結(jié)合學(xué)校的辦學(xué)特色。例如：在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，基礎(chǔ)知識類課程主要有大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)（含實驗）;能力培養(yǎng)類課程主要設(shè)置了C語言程序設(shè)計、Python程序設(shè)計、數(shù)字圖像處理、多媒體技術(shù)、網(wǎng)站設(shè)計與制作、數(shù)據(jù)庫技術(shù)與應(yīng)用和Office高級應(yīng)用等;交叉融合類課程主要設(shè)置了智慧農(nóng)業(yè)導(dǎo)論、數(shù)字工程原理與方法、數(shù)字經(jīng)濟(jì)概述和生物信息學(xué)等。

3.2?實施多元化分類教學(xué)

不同學(xué)科對計算機(jī)通識課程的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)要求不完全一致，不適合使用“千篇一律”的教學(xué)大綱，需要結(jié)合該校辦學(xué)特色以及專業(yè)認(rèn)證中的畢業(yè)要求和支撐課程的要求，實施理工類、農(nóng)醫(yī)類、文科類等多元化分類教學(xué)[5]。在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，計算機(jī)通識課程分為農(nóng)科類、理工類、人文社科類、藝體類分別設(shè)計教學(xué)要求和教學(xué)內(nèi)容，其具體內(nèi)容見表1。根據(jù)學(xué)生的專業(yè)需求、學(xué)識水平和理解能力實施多元化分類教學(xué)，真正做到“因材施教”，這樣才能將計算機(jī)技術(shù)更好的滲透到其他學(xué)科中，促進(jìn)不同信息、知識、思考的融合與碰撞。

3.3?實施線上線下混合式教學(xué)

基于“互聯(lián)網(wǎng)+教育”，結(jié)合學(xué)生的專業(yè)特色、學(xué)識水平和個性化需求實施線上線下混合式教學(xué)模式，是貫徹“以生為本”的教育理念有效途徑之一[6]。在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，計算機(jī)通識課程以“智慧樹”為線上教學(xué)平臺，以“雨課堂”為線下課堂教學(xué)管理平臺，融入“以學(xué)生為主體，以任務(wù)驅(qū)動為主線，以融合探究為中心”的教學(xué)理念，實施線上線下的混合式教學(xué)。以面向農(nóng)科類的“大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)”課程為例，線上線下混合式教學(xué)的組織實施過程包括開課前、開課中和開課后這3個階段，具體情況見表2。

3.4?創(chuàng)建開放式實踐環(huán)境

實踐訓(xùn)練是計算機(jī)通識教育中極其重要的環(huán)節(jié)，緊靠教學(xué)計劃內(nèi)的實驗課時和傳統(tǒng)的、以微機(jī)機(jī)房為主的實踐環(huán)境，難以實現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生計算思維和融合創(chuàng)新的目標(biāo)。借助云計算技術(shù)，搭建一個面向計算機(jī)通識教育與學(xué)科融合創(chuàng)新的開放式實驗平臺[7]，為課程實驗教學(xué)、學(xué)生科研訓(xùn)練、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練、學(xué)科競賽提供共享的軟硬件環(huán)境，為計算機(jī)教學(xué)更好地助推學(xué)生專業(yè)發(fā)展和創(chuàng)新能力提升提供有力支撐。2018年，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)建設(shè)了高性能計算平臺，平臺采用CPU+GPU的雙重異構(gòu)架構(gòu)，為全校師生提供科學(xué)計算和仿真計算兩大類服務(wù)，用于基因?qū)Ρ确治觥⑸疃葘W(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)分析、圖像分析、數(shù)學(xué)建模、結(jié)構(gòu)仿真等研究，為融合創(chuàng)新訓(xùn)練提供了支持環(huán)境。

3.5?建立多元化評價體系

合理、健全的課程評價體系是達(dá)成課程目標(biāo)的保障。學(xué)科交叉融合背景下的計算機(jī)通識教育的評價體系應(yīng)突出對學(xué)生融合創(chuàng)新能力的評價，是一個定性評價和定量評價并重、結(jié)果評價和過程評價相結(jié)合的多元化評價體系?！岸嘣斌w現(xiàn)在兩個方面：一是評價主體是多元的，包括教師、學(xué)生、教學(xué)平臺、學(xué)科競賽和考試軟件等;二是評價內(nèi)容是多元的，包括學(xué)習(xí)專注度、課堂活躍度、討論匯報、課堂測試、相關(guān)競賽、學(xué)習(xí)行為習(xí)慣等。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)的計算機(jī)通識課程建立了由教師、學(xué)生、智慧樹、雨課堂、考試軟件和競賽成績等共同參與的評價體系，加大了過程性評價的比重。例如：農(nóng)科類的“大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)”課程的成績評定方法，其具體內(nèi)容見表3。

3.6?建設(shè)具備跨學(xué)科知識背景的教師隊伍

教師作為教學(xué)改革的實施主體，對改革的成效發(fā)揮著重要作用。學(xué)科交叉融合不但需要教師不斷鉆研計算機(jī)領(lǐng)域的前沿知識和技術(shù)，還需要掌握所授專業(yè)的部分專業(yè)知識，引導(dǎo)學(xué)生使用計算思維解決本學(xué)科的科學(xué)問題。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)通過建設(shè)跨學(xué)科的協(xié)同創(chuàng)新平臺和設(shè)立“跨學(xué)科大講堂”，促進(jìn)不同學(xué)科背景教師的溝通交流，加快教師知識結(jié)構(gòu)的更新和拓寬，促進(jìn)多元知識背景的教師隊伍建設(shè)。

4?結(jié)語

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，計算機(jī)技術(shù)在科技成果的重大突破中發(fā)揮著越來越重要的作用。在多學(xué)科交叉融合背景下，通過構(gòu)建遞進(jìn)式課程體系、實施多元化分類教學(xué)和線上線下混合式教學(xué)、創(chuàng)建開放式實踐環(huán)境、建立多元化評價體系和建設(shè)具備跨學(xué)科知識背景的教師隊伍等措施實施計算機(jī)通識課程改革，能進(jìn)一步發(fā)揮計算機(jī)技術(shù)對其他學(xué)科創(chuàng)新發(fā)展的推動作用，為復(fù)雜工程問題的解決提供強(qiáng)有力的工具。

參考文獻(xiàn)

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